基于NiosⅡ和SD卡的数据采集系统的设计.doc

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基于NiosⅡ和SD卡的数据采集系统的设计

基于NiosⅡ和SD卡的数据采集系统的设计 第29卷第4期 2009年7月 核电子学与探测技术 NuclearElectronicsamp;DetectionTechnology VOL29No.4 JuL2009 基于NiosII和SD卡的数据采集系统的设计 杨爽,郑丽芳 (中国科学院上海应用物理研究所,上海201800) 摘要:在Niosll软核处理器上采用SD卡设计了一种嵌入式文件系统,并在该文件系统和H,GA的 基础上设计了一种便携式数据采集系统. 关键词:FAT文件系统}FP(fSD卡)NiosII处理器 中图分类号:TP332.1文献标识码:A文章编号:0258-0934(2009)04-0779-03 随着数据采集技术的发展,系统的采集速 度,采集深度,处理能力和存储容量逐渐成为衡 量其性能的重要指标.作为现代采集系统的一 个重要发展方向,大容量存储系统的应用越来 越普遍.例如人体多生理参数测量系统,并不 要求对数据进行实时处理和显示,只需要记录 原始数据,为后端处理做准备.由于PC机支 持强大的后端数据处理软件,如果在便携式系 统中应用与PC机兼容的存储器,并按操作系 统可以识别的文件格式管理数据,就可以充分 利用PC机中的各种应用软件完成后端数据处 理. 本文应用Ahera的DE1开发平台研究了 NioslI处理器平台上的SD卡嵌入式FatFS文 件系统,并将此文件系统成功应用于基于软核 处理器NioslI的数据采集系统中. 1SD卡及其访问方式 SD卡(SecureDigitalMemoryCard,中文 译称安全数码卡),是一种基于半导体快闪记忆 器的新一代记忆设备,由日本松下,东芝及美国 SanDisk公司于1999年8月共同研发,与 收稿日期:2009-03-02 作者简介:杨爽(1984--)在读硕士研究生,研究方向 为:数据采集嵌入式系统. MMC闪存卡兼容.2009年的国际cES消费 性电子展正式宣布新一代SD存储卡标准 SDXC内存卡规格,该规格提供多达2TB的存 储能力,具有极大的应用潜力.SD卡具有微 型,低功耗,非易失性和保存数据无需消耗能量 等特点,广泛应用于数码相机,手机,智能机器 人,GPS,电子测试设备和大容量存储设备,目 前越来越多的电子产品提供SD卡的扩展接 口. SD卡支持SPI和SD两种通信接口模式, 本系统采用SPI模式.SPI(SerialPeripheral Interface)串行外围设备接口,是一种高速的, 全双工的同步通信总线.DE1开发板上的SD 卡接口芯片提供的4个管脚信号DAT0,CLK, CMD,CS分另4与SPI的SD—SPI—MISO,SD— SPI_CLK,SDLSPI_MOSI,SD_CS相连. SD卡支持单线和四线读/写模式,单线模 式下通过DAT0进行数据串行传输,Cs作为 中断口.四线工作模式下通过DAT0~DAT3 分别进行串行数据传输.本系统为实现方便选 用单线读/写模式. 应用㈣对SD卡初始化时,对时钟的 操作要求比较复杂:发送CMD0命令前,需要 先向SD卡提供74个周期的时钟.因为在SD 卡上电初期,约需经过64个时钟周期才能达到 正常的工作电压,其后与SD卡同步需要1O个 779 时钟周期,完成之后开始CMD0的操作.SD 卡读入和输出数据都是由SPI在时钟的上升沿 进行. 2SD卡嵌入式文件系统的实现 通用电脑中广泛支持的FAT文件系统也 常用在嵌人式系统中.本文应用的嵌入式文件 系统结构如图1所示,分两层:SD卡驱动层和 FatFS文件系统层.其中,SD卡驱动层又分为 四层:硬件抽象层,CRC校验层,命令层和操作 函数接口层.FatFS文件系统层分为两层: DiskI/0层和FatFS模块层.SD卡嵌入式文 件系统是基于SD卡按整块进行存储的特性要 求建立起来的,以块为单位对SD卡进行管理, 同时也屏蔽具体的硬件操作细节,为应用层开 发提供标准的API调用. FatFSMoudle层F atFS文件系统层Di skI/0层 操作函数接口层 命令层SD卡驱动层 CRC校验层 硬件抽象层 图1嵌入式文件系统结构 2.1SD卡驱动层 面向NiosII处理器和SD卡,其硬件抽象 层完成NioslI处理器对SD卡控制器相应寄存 器的设置,把对SD卡的操作抽象为对相应的 寄存器的操作.CRC校验层实现了CRC校 验,对命令和响应使用CRC7校验,对数据采用 CRC16校验.命令层定义了各种命令和响应, 以向SD卡发送命令的函数SD-ISendCmd()为 基础,实现了读写SD卡内部寄存器等功能. 操作函数接口层向FatFS文件系统提供了所 需的操作SD卡的函数,包括:初始化SD卡,读 单块数据,读多块数据,写单块数据,写多块数 据,获

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